JP2020073284A - Laser cutting processing method of plated steel sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長が１μｍ帯のレーザ光によるＺｎ系めっき鋼板のレーザ切断加工方法に関する。さらに詳細には、例えばファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際に、レーザ光の照射によって溶融及び／又は蒸発された上面のメッキ層含有金属を、アシストガスによって切断面へ流動し、この流動したメッキ層含有金属によって切断面を被覆するレーザ切断加工方法に関する。 The present invention relates to a laser cutting method for a Zn-based plated steel sheet with a laser beam having a wavelength of 1 μm band. More specifically, for example, when performing laser cutting processing of a plated steel sheet with a fiber laser, the plating layer-containing metal on the upper surface melted and / or evaporated by irradiation of laser light is flowed to the cutting surface by an assist gas, The present invention relates to a laser cutting method for coating a cut surface with a metal containing a fluidized plating layer.
従来、Ｚｎ系めっき鋼板を切断すると、切断面に地鉄が露出し赤錆（以下、錆と称す）が発生し易いという問題がある。そこで、めっき鋼板の切断加工時に、めっき鋼板の上面におけるめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面に亜鉛付着面を形成して、錆の発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, when a Zn-based plated steel sheet is cut, there is a problem that the base metal is exposed on the cut surface and red rust (hereinafter referred to as rust) is likely to occur. Therefore, it has been proposed to guide a part of the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet to the cut surface and form a zinc adhesion surface on the cut surface to suppress the occurrence of rust during cutting of the plated steel sheet. (For example, refer to Patent Document 1).
また、Ｚｎ系めっき鋼板を、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ等のレーザ光によって切断し、切断面の錆の発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。 Further, it has been proposed to cut a Zn-based plated steel sheet with a laser beam such as a CO 2 laser, a YAG laser, or a fiber laser to suppress the generation of rust on the cut surface (see, for example, Patent Document 2).
前記特許文献１に記載の構成は、ダイとポンチによってめっき鋼板の切断加工を行う際に、ダイとポンチとの間のクリアランスを調節して、めっき鋼板の表面にめっきされたＺｎを端面に流入する構成である。したがって、特許文献１の記載は、めっき鋼板におけるめっきの一部を切断面に誘導することにより、錆の発生を抑制できることを示唆している。 The structure described in Patent Document 1 adjusts the clearance between the die and the punch when cutting the plated steel sheet with the die and the punch, and causes Zn plated on the surface of the plated steel sheet to flow into the end surface. It is a configuration that does. Therefore, the description of Patent Document 1 suggests that the generation of rust can be suppressed by guiding a part of the plating in the plated steel sheet to the cut surface.
しかし、ポンチとダイによるめっき鋼板の切断加工では、例えば、複雑な曲線に沿っての切断加工が難しい。また、切断面の全面をめっきの一部によって被覆することは難しいものである。 However, it is difficult to cut a plated steel sheet with a punch and a die, for example, along a complicated curve. Further, it is difficult to cover the entire cut surface with a part of plating.
前記特許文献２には、Ｚｎ系めっき鋼板をレーザ切断加工する際に、アシストガスとして酸素を使用している。そして、めっき鋼板の切断加工時には、前記アシストガスは溶融しためっき鋼板を吹き飛ばす役目と、酸化反応による熱で溶断し易くすると共に、切断端面に酸化被膜を形成して切断面の防錆能力の低下を抑制するものである。 In Patent Document 2, oxygen is used as an assist gas when laser cutting a Zn-based plated steel sheet. When the coated steel sheet is cut, the assist gas blows away the molten coated steel sheet and facilitates melting by the heat of the oxidation reaction, and an oxide film is formed on the cut end surface to reduce the rust preventive ability of the cut surface. Is to suppress.
すなわち、特許文献２に記載の構成は、めっき鋼板のレーザ切断加工した切断端面の全域に酸化被膜を形成して、赤錆の発生時期を遅くしようとするものである。したがって、特許文献２は、めっき鋼板のレーザ切断加工時に、上面の溶融しためっきを切断面へ誘導して、切断面をめっきの一部によって被覆しようとする構成ではない。 That is, the configuration described in Patent Document 2 is intended to delay the generation time of red rust by forming an oxide film on the entire cut end surface of the plated steel sheet obtained by laser cutting. Therefore, Patent Document 2 is not a configuration in which the molten plating on the upper surface is guided to the cut surface and the cut surface is covered with a part of the plating during laser cutting of the plated steel sheet.
そこで、本発明は、Ｚｎ系めっき鋼板を、例えばファイバーレーザによって切断加工を行う際、表面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面をメッキ層含有金属によって被覆することを目的とするものである。 Therefore, the present invention aims to guide a part of the plating layer on the surface to the cut surface and cover the cut surface with the plating layer-containing metal when the Zn-based plated steel sheet is cut by a fiber laser, for example. It is what
本発明は、Ｚｎ系めっき鋼板をファイバーレーザによって切断加工を行う際、表面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面をめっき層含有金属によって被覆するための、めっき鋼板のレーザ切断加工方法であって、波長が１μｍ帯のレーザ光を、めっき鋼板の上面へ照射してレーザ切断加工を行う際、レーザ光の照射によって溶融及び／又は蒸発された上面のめっき層含有金属を、レーザ切断加工部へ噴出されるアシストガス又は補助ガスによって、めっき鋼板の切断面へ流動して、前記切断面にめっき層含有金属を被覆するために、前記レーザ光は、集光径が０．１４２ｍｍ〜０．２０６ｍｍの範囲で、レイリー長が１．４４３ｍｍ〜３．２２８ｍｍの範囲のビームプロファイルのレーザ光である。 The present invention, when performing a cutting process of a Zn-based plated steel sheet by a fiber laser, a part of the plating layer on the surface is guided to the cut surface, and the laser of the plated steel sheet for coating the cut surface with the plating layer-containing metal. A method of cutting, which comprises irradiating the upper surface of a plated steel sheet with laser light having a wavelength of 1 μm to perform laser cutting processing, wherein the plating layer-containing metal on the upper surface melted and / or evaporated by the irradiation of laser light is used. Since the assist gas or the auxiliary gas jetted to the laser cutting portion flows to the cut surface of the plated steel sheet and coats the plating layer-containing metal on the cut surface, the laser light has a focused diameter of 0. The laser light has a beam profile with a Rayleigh length of 1.443 mm to 3.228 mm in a range of 0.142 mm to 0.206 mm.
本発明によれば、波長が１μｍ帯のレーザ光によってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際、めっき鋼板の上面におけるめっき層の一部を溶融及び／又は蒸発し、アシストガスによってめっき層含有金属を切断面に誘導して、切断面をめっき層の一部によって被覆することができる。 According to the present invention, when performing laser cutting of a plated steel sheet with a laser beam having a wavelength of 1 μm band, a part of the plated layer on the upper surface of the plated steel sheet is melted and / or evaporated, and the metal containing the plated layer is removed by an assist gas. The cutting surface can be guided to the cutting surface and covered with a part of the plating layer.
ところで、前記特許文献１では、めっき鋼板の切断加工時に、めっき鋼板における上面のめっき層における一部を切断面へ誘導し、切断面をめっき層の一部によって被覆することにより、切断面における錆の発生を抑制することができる。 By the way, in the said patent document 1, at the time of the cutting process of a plated steel plate, a part of plating layer of the upper surface in a plated steel plate is guide | induced to a cut surface, and a cut surface is covered with a part of plating layer. Can be suppressed.
そこで、ファイバーレーザによってＺｎ系めっき鋼板のレーザ切断加工を行った場合に、上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面を被覆できるか否かの試験を行った。試験条件は次のとおりである。 Therefore, when laser cutting a Zn-based plated steel sheet with a fiber laser, a part of the plating layer on the upper surface was guided to the cut surface to test whether or not the cut surface could be covered. The test conditions are as follows.
レーザ加工機：株式会社アマダ製
ＦＯＬ−ＡＪ４０００
レーザ出力：４ＫＷ
材料：アルミニウム６％，マグネシウム３％，残り亜鉛９１％のめっきを表面に被覆
しためっき鋼板、板厚ｔ＝３．２ｍｍ Ｋ３５（片側めっき付着量１７５ｇ／
ｍ２）
切断サンプル形状：９０ｍｍ×２０ｍｍ
標準加工条件（板厚ｔ＝３．２ｍｍの鋼板をレーザ切断加工する場合の条件）
・ノズル直径：Ｓ２．０（２．０ｍｍ）
・切断速度：Ｆ７０００（７０００ｍｍ／ｍｉｎ）
・アシストガス：窒素ガス
・アシストガス圧：１．７ＭＰａ
・ノズルギャップ：０．３ｍｍ（めっき鋼板の上面とノズル下端部との間隙）
・焦点位置：０．０ｍｍ（ワーク上面を０として、上側を＋、下側を−としている）
・集光径０．１５１ｍｍ、レイリー長１．６８８ｍｍ
Laser processing machine: Made by Amada Co., Ltd.
FOL-AJ4000
Laser power: 4KW
Material: 6% aluminum, 3% magnesium, 91% zinc remaining coated on the surface of the plated steel sheet, plate thickness t = 3.2 mm K35 (plating weight on one side 175 g /
m 2 )
Cutting sample shape: 90mm x 20mm
Standard processing conditions (conditions for laser cutting a steel plate with a plate thickness t = 3.2 mm)
・ Nozzle diameter: S2.0 (2.0 mm)
・ Cutting speed: F7000 (7000 mm / min)
・ Assist gas: Nitrogen gas ・ Assist gas pressure: 1.7 MPa
-Nozzle gap: 0.3 mm (gap between the upper surface of the plated steel sheet and the lower end of the nozzle)
・ Focal position: 0.0 mm (0 is the top surface of the workpiece, + is the upper side, and − is the lower side)
・ Condensing diameter 0.151mm, Rayleigh length 1.688mm
上記の標準加工条件で、ファイバーレーザによってレーザ切断加工を行った。そして、４週間に亘って暴露試験を行った。暴露試験の結果は、図１（Ａ）に示すとおりであった。図１（Ａ）から明らかなように、２週間後には、切断面に僅かな赤錆の発生が見られた。そして、時間経過と共に赤錆の発生が多くなり、４週間後には、赤錆の発生が多く見られた。 Laser cutting was performed with a fiber laser under the standard processing conditions described above. Then, an exposure test was conducted for 4 weeks. The result of the exposure test was as shown in FIG. As is clear from FIG. 1 (A), slight red rust was observed on the cut surface after 2 weeks. Then, with the passage of time, the occurrence of red rust increased, and after 4 weeks, the occurrence of red rust was observed.
既に理解されるように、ファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う場合、鋼板のレーザ切断加工を行う標準加工条件の加工条件であっては、上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して切断面を被覆して防錆効果が見られた。またさらなる防錆効果を期待されるものである。 As already understood, when performing laser cutting of a plated steel sheet with a fiber laser, a part of the plating layer on the upper surface is guided to the cut surface under the standard processing conditions for laser cutting the steel sheet. Then, the cut surface was covered and a rust preventive effect was observed. Further, further anticorrosion effect is expected.
そこで、ファイバーレーザにおけるビームプロファイルである集光径及びレイリー長を種々変更してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った。例えば集光径を０．１８３ｍｍ、レイリー長を２．１７８ｍｍに調節してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った際には、図１（Ｂ）に示すように、４週間後でも、赤錆の発生は見られず、標準加工条件よりさらに良い防錆効果が認められた。そこで、集光径とレイリー長を調節することに加え、種々の加工条件を変更することによりさらにめっき鋼板における上面のめっき層の一部を切断面へ誘導して、切断面を被覆し得ることを見出した。 Therefore, an exposure test was conducted by performing laser cutting processing while changing the converging diameter and the Rayleigh length, which are the beam profile of the fiber laser. For example, when a laser cutting process was performed by adjusting the condensing diameter to 0.183 mm and the Rayleigh length to 2.178 mm, and an exposure test was performed, red rust was observed even after 4 weeks, as shown in FIG. 1 (B). No occurrence of corrosion was observed, and a better rustproofing effect than the standard processing conditions was recognized. Therefore, in addition to adjusting the condensing diameter and Rayleigh length, by changing various processing conditions, it is possible to further guide a part of the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet to the cut surface to cover the cut surface. Found.
本発明は、上記知見に基づくものである。 The present invention is based on the above findings.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図２を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、板状のワークＷを支持するワークテーブル３を備えると共に、前記ワークＷにレーザ光ＬＢを照射してワークＷのレーザ切断加工を行うためのレーザ加工ヘッド５を備えている。前記ワークテーブル３は、前記レーザ加工ヘッド５に対して相対的にＸ，Ｙ軸方向へ移動自在に備えられており、このワークテーブル３を相対的にＸ，Ｙ軸方向へ移動位置決めするためのサーボモータなどのごとき位置決めモータ７が備えられている。さらに、前記ワークＷに対して相対的に接近離反する方向（Ｚ軸方向）へ前記レーザ加工ヘッド５を移動位置決めするＺ軸モータ９が備えられている。 Referring to FIG. 2, a laser processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a work table 3 that supports a plate-shaped work W, and irradiates the work W with a laser beam LB to laser the work W. A laser processing head 5 for performing cutting processing is provided. The work table 3 is provided so as to be movable in the X and Y axis directions relative to the laser processing head 5, and is used for moving and positioning the work table 3 in the X and Y axis directions. A positioning motor 7 such as a servo motor is provided. Further, a Z-axis motor 9 for moving and positioning the laser processing head 5 in a direction (Z-axis direction) relatively approaching and separating from the work W is provided.
また、前記レーザ加工装置１には、例えばファイバーレーザ発振器やＤＤＬ発振器やディスクレーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器などのごとくレーザ光（波長１μｍ帯のレーザ光）を発振するレーザ発振器１１が備えられている。そして、レーザ発振器１１とレーザ加工ヘッド５は、伝送ファイバー１３によって接続してある。前記レーザ加工ヘッド５には、前記伝送ファイバー１３から出射されたレーザ光ＬＢを平行光線化、発散光化、収束光化するためのＣＦレンズ（コリメートレンズ）１５が光軸に沿う方向に移動位置決め自在に備えられている共に、ＣＦレンズ１５を光軸方向に移動調節するためのアクチュエータ１７が備えられている。 Further, the laser processing apparatus 1 is provided with a laser oscillator 11 that oscillates laser light (laser light in a wavelength band of 1 μm), such as a fiber laser oscillator, a DDL oscillator, a disk laser oscillator, or a YAG laser oscillator. The laser oscillator 11 and the laser processing head 5 are connected by a transmission fiber 13. On the laser processing head 5, a CF lens (collimate lens) 15 for collimating, diverging, and converging the laser light LB emitted from the transmission fiber 13 is moved and positioned in a direction along the optical axis. The actuator 17 is freely provided and also has an actuator 17 for moving and adjusting the CF lens 15 in the optical axis direction.
さらに、レーザ加工ヘッド５には、前記ＣＦレンズ１５を透過したレーザ光ＬＢを集光レンズ１９へ反射するＡＯミラー（曲率可変ミラー）２１が備えられている。このＡＯミラー２１は、エアなどの圧力を加圧手段２１Ａに付与することによって、反射面の曲率を変更することが可能である。したがって、反射光を、発散光化、平行光線化、収束光化できるものである。 Further, the laser processing head 5 is provided with an AO mirror (curvature variable mirror) 21 that reflects the laser light LB transmitted through the CF lens 15 to the condenser lens 19. The AO mirror 21 can change the curvature of the reflecting surface by applying pressure such as air to the pressurizing means 21A. Therefore, the reflected light can be converted into divergent light, parallel light, and convergent light.
既に理解されるように、前記ＣＦレンズ１５の位置及び／又は前記ＡＯミラー２１の曲率を調節することにより、集光レンズ１９に対するレーザ光ＬＢの入射ビーム径を調節することができる。換言すれば、レーザ光ＬＢのレイリー長や集光径を調節できることになる。 As already understood, by adjusting the position of the CF lens 15 and / or the curvature of the AO mirror 21, the incident beam diameter of the laser beam LB to the condenser lens 19 can be adjusted. In other words, it is possible to adjust the Rayleigh length and the focused diameter of the laser light LB.
また、前記レーザ加工ヘッド５には、ワークＷのレーザ加工位置へアシストガスを噴出するノズル２３が備えられている。 Further, the laser processing head 5 is provided with a nozzle 23 for ejecting an assist gas to the laser processing position of the work W.
ところで、レーザ切断加工位置へアシストガスを噴出する構成としては、レーザ加工ヘッド５にサイドノズルを備え、このサイドノズルからアシストガスをレーザ加工部へ噴出する構成とすることも可能である。 Incidentally, as a configuration for ejecting the assist gas to the laser cutting processing position, it is also possible to provide the laser processing head 5 with a side nozzle and eject the assist gas from the side nozzle to the laser processing section.
さらに、前記レーザ切断加工装置１には、アシストガス供給装置２５が備えられている。窒素ガス供給装置２７及びレーザ加工ヘッド５へ供給するアシストガスの圧力を調節するための圧力調節弁３３が備えられている。よって、窒素ガス供給装置２７、圧力調整弁３３を稼働させると窒素ガスをアシストガスとして加工部へ供給することができる。 Further, the laser cutting processing apparatus 1 is provided with an assist gas supply device 25. A pressure adjusting valve 33 for adjusting the pressure of the assist gas supplied to the nitrogen gas supply device 27 and the laser processing head 5 is provided. Therefore, by operating the nitrogen gas supply device 27 and the pressure adjusting valve 33, nitrogen gas can be supplied to the processing section as an assist gas.
またこのアシストガス供給装置２５は、例えば窒素ガス約９７％、酸素ガス約３％の混合ガスを供給することも可能で、窒素ガス供給装置２７の窒素ガスと、酸素ガス供給源（空気供給源）２９の酸素又は空気を所定量混合して混合ガスを生成するミキサー３１が備えられている。よって、ガスミキサー３１と圧力調整弁３３を稼働させると、所定の濃度の混合ガスをアシストガスとして加工部へ供給することができる。 Further, the assist gas supply device 25 can also supply a mixed gas of, for example, about 97% nitrogen gas and about 3% oxygen gas, and the nitrogen gas of the nitrogen gas supply device 27 and an oxygen gas supply source (air supply source). ) 29 is provided with a mixer 31 for mixing a predetermined amount of oxygen or air to generate a mixed gas. Therefore, when the gas mixer 31 and the pressure adjusting valve 33 are operated, a mixed gas having a predetermined concentration can be supplied as an assist gas to the processing section.
ところで、窒素ガス約９７％、酸素ガス約３％の混合ガスをアシストガスとしてレーザ加工部へ供給する構成としては、前述した構成に限ることなく、別個の構成とすることも可能である。すなわち、例えば特許第３２９１１２５号公報に記載されているように、中空糸膜を利用した分離装置によって、供給された圧縮空気中の窒素と酸素とを分離することも可能である。 By the way, the structure for supplying a mixed gas of about 97% nitrogen gas and about 3% oxygen gas as an assist gas to the laser processing section is not limited to the above-described structure, but may be a separate structure. That is, for example, as described in Japanese Patent No. 3291125, it is possible to separate nitrogen and oxygen in the supplied compressed air by a separation device using a hollow fiber membrane.
また、前記レーザ切断加工装置１には、制御装置３５が備えられている。この制御装置３５は、コンピュータから構成してあって、前記ワークＷに対する前記レーザ加工ヘッド５の相対的な移動位置決めの制御を行う機能、前記レーザ発振器１１におけるレーザ出力の制御及び前記レーザ加工ヘッド５に対するアシストガスの供給圧力を制御する機能を有するものである。 Further, the laser cutting processing device 1 is provided with a control device 35. The control device 35 is composed of a computer and has a function of controlling relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the work W, control of laser output in the laser oscillator 11, and the laser processing head 5. It has a function of controlling the supply pressure of the assist gas to the.
さらに、制御装置３５は、前記ＣＦレンズ１５の位置及びＡＯミラー２１における反射面の曲率を調節する機能を有するものである。したがって、前記ＣＦレンズ１５の位置及びＡＯミラー２１の曲率を個別に、又は同時に調節することにより、ワークＷを切断加工する際の集光径及びレイリー長（ビームプロファイル）を調節することができるものである。 Further, the control device 35 has a function of adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the reflecting surface of the AO mirror 21. Therefore, by adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the AO mirror 21 individually or simultaneously, it is possible to adjust the condensing diameter and the Rayleigh length (beam profile) when cutting the work W. Is.
前記構成により、ワークテーブル３上にワークＷを載置位置決めした後、ワークＷに対してレーザ加工ヘッド５をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動位置決めする。また、ＣＦレンズ１５の位置及び／又はＡＯミラー２１の曲率を調節し、集光レンズ１９に対する入射ビーム径を調節してレーザビームＬＢのビームプロファイルを調節する。そして、レーザ光ＬＢを集光レンズ１９によって集光してワークＷへ照射する。さらに、アシストガス供給装置２５からレーザ加工ヘッド５に供給されたアシストガスをノズル２３からワークＷのレーザ加工部へ噴出することにより、ワークＷのレーザ切断加工が行われる。 With the above configuration, after the work W is placed and positioned on the work table 3, the laser processing head 5 is moved and positioned relative to the work W in the X-, Y-, and Z-axis directions. Further, the position of the CF lens 15 and / or the curvature of the AO mirror 21 is adjusted, the incident beam diameter with respect to the condenser lens 19 is adjusted, and the beam profile of the laser beam LB is adjusted. Then, the laser light LB is condensed by the condensing lens 19 and is applied to the work W. Furthermore, the assist gas supplied from the assist gas supply device 25 to the laser processing head 5 is ejected from the nozzle 23 to the laser processing portion of the work W, whereby the laser cutting processing of the work W is performed.
本発明の実施形態は、ファイバーレーザによってめっき鋼板のレーザ切断加工を行う際に、ビームプロファイルを適正なビームプロファイルとすることにより、めっき鋼板の上面のめっき層の溶融及び／又は蒸発を行うことにより、溶融及び／又は蒸発されためっき層含有金属を切断面へ流動することができ、かつ流動しためっき層含有金属によって切断面を被覆することができることを見出したものである。 The embodiment of the present invention, when performing the laser cutting processing of the plated steel sheet by the fiber laser, by making the beam profile a proper beam profile, by melting and / or vaporizing the plating layer on the upper surface of the plated steel sheet. It has been found that the molten and / or evaporated plating layer-containing metal can flow to the cut surface, and the cut surface can be covered with the fluidized plating layer-containing metal.
ところで、レーザ光のビームプロファイルについて、図３に示すように、集光レンズ１９に対するレーザ光ＬＢの入射ビーム径をＤ、集光径（ビームの直径）をｄｏとすると、ビームが最小に絞られたビームウエスト位置でのビーム径である集光径ｄｏは次式で与えられる。 By the way, regarding the beam profile of the laser light, as shown in FIG. 3, when the incident beam diameter of the laser light LB with respect to the condenser lens 19 is D and the condensing diameter (beam diameter) is do, the beam is narrowed to the minimum. The condensing diameter do which is the beam diameter at the beam waist position is given by the following equation.
また、図３では、ビームウエスト位置の集光径ｄｏ（直径）に対してビームが√２×ｄｏまで広がる光軸方向の距離がレイリー長Ｚｒの２倍の２Ｚｒであることが示されている。レイリー長Ｚｒは焦点深度ともいい、次式で与えられる。 Further, FIG. 3 shows that the distance in the optical axis direction in which the beam spreads up to √2 × do with respect to the condensing diameter do (diameter) at the beam waist position is 2Zr which is twice the Rayleigh length Zr. .. The Rayleigh length Zr is also called the depth of focus and is given by the following equation.
ただし、λは光の波長、ｆはレンズの焦点距離、Ｄは集光レンズ１９に対する入射ビーム径、Ｍ２，ＢＰＰはビーム品質である。 Here, λ is the wavelength of light, f is the focal length of the lens, D is the incident beam diameter with respect to the condenser lens 19, and M 2 and BPP are beam qualities.
式（１）から明らかなように、入射ビーム径Ｄを調節することにより集光径ｄｏを調節することができる。また、集光径ｄｏを調節することにより、レイリー長Ｚｒを調節することができる。 As is clear from the equation (1), the condensing diameter do can be adjusted by adjusting the incident beam diameter D. Further, the Rayleigh length Zr can be adjusted by adjusting the light collecting diameter do.
ここで、前記ＣＦレンズ１５の位置を調節することにより、ＣＦレンズ１５を透過したレーザ光ＬＢを、発散光、平行光、集束光にそれぞれ調節することができる。また、前記ＡＯミラー２１においては、反射面を凸面に調節することにより、入射された平行光を、発散光として反射することができる。また、反射面を平面、凹面にそれぞれ調節することにより、入射された平行光を、平行光、収束光として反射することができる。 Here, by adjusting the position of the CF lens 15, the laser light LB transmitted through the CF lens 15 can be adjusted to divergent light, parallel light, and focused light. Further, in the AO mirror 21, the incident parallel light can be reflected as divergent light by adjusting the reflecting surface to a convex surface. By adjusting the reflecting surface to be a flat surface or a concave surface, the incident parallel light can be reflected as parallel light or convergent light.
すなわち、前記ＣＦレンズ１５の位置を調節すること、又は前記ＡＯミラー２１の曲率を調節すること、及びＣＦレンズ１５の位置調節とＡＯミラー２１の曲率調節とを組合せることによって、集光レンズ１９に対するレーザ光ＬＢのビーム入射径Ｄを調節することができる。換言すれば、集光径ｄｏ及びレイリー長Ｚｒを調節してビームプロファイルを調節することができる。 That is, by adjusting the position of the CF lens 15, or adjusting the curvature of the AO mirror 21, and by combining the position adjustment of the CF lens 15 and the curvature adjustment of the AO mirror 21, the condenser lens 19 It is possible to adjust the beam incident diameter D of the laser light LB with respect to. In other words, the beam profile can be adjusted by adjusting the condensing diameter do and the Rayleigh length Zr.
なお、ビームプロファイルの調整手段はＣＦレンズ１５の位置調節及びＡＯミラー２１における反射面の曲率を調節して使用する例を示したが、これに限らず、他の機構を使って集光径又はレイリー長を調整しても良い。 Although the beam profile adjusting means is used by adjusting the position of the CF lens 15 and the curvature of the reflecting surface of the AO mirror 21, the present invention is not limited to this. You may adjust the Rayleigh length.
前述のごとく、レーザ光ＬＢのビームプロファイルを調節して、レーザビームの集光径ｄｏ及びレイリー長Ｚｒを知ることができると、図４に示すように、レーザ光ＬＢの進行方向に対して直交する方向の側方向から見たビーム形を描画することができる。したがって、図４に示すように、板厚ＴのワークＷの上面ＷＵに焦点位置を合せてレーザ切断加工を行う場合の、ワーク下面ＷＬにおけるビーム径ｄＬを算出することができる。また、描画したビームＬＢとワーク上面ＷＵとの間の角度、すなわちレーザビームＬＢの光軸に対するレーザビームＬＢの一方向への広がり角θを算出することができる。以後、この傾きθを、レーザビームＬＢの広がり角と称する。 As described above, when the beam diameter of the laser beam LB can be adjusted to know the condensing diameter do and the Rayleigh length Zr of the laser beam, as shown in FIG. 4, it is orthogonal to the traveling direction of the laser beam LB. It is possible to draw the beam shape viewed from the side of the direction. Therefore, as shown in FIG. 4, it is possible to calculate the beam diameter dL on the lower surface WL of the workpiece when the laser cutting processing is performed by focusing on the upper surface WU of the workpiece W having the plate thickness T. Further, the angle between the drawn beam LB and the work upper surface WU, that is, the divergence angle θ in one direction of the laser beam LB with respect to the optical axis of the laser beam LB can be calculated. Hereinafter, this inclination θ is referred to as a divergence angle of the laser beam LB.
既に理解されるように、前記ビームの広がり角θが小さいと、ワークＷにおける下面ＷＬにおける切断面ＷＦの間隔（切断溝の幅）は、上面の間隔よりも僅かに大きくなる。そして、前記ビームの広がり角θが次第に大きくなると、ワークＷにおける下面ＷＬの切断面ＷＦの間隔（切断溝幅）は次第に大きくなるものである。 As already understood, when the beam divergence angle θ is small, the distance between the cut surfaces WF on the lower surface WL of the work W (width of the cutting groove) is slightly larger than the distance between the upper surfaces. Then, as the beam divergence angle θ gradually increases, the interval (cutting groove width) between the cut surfaces WF of the lower surface WL of the work W gradually increases.
既に理解されるように、レーザビームＬＢが集光レンズ１９に入射されるレンズ入射ビーム径Ｄを調節すると、集光径ｄｏを所望の径とすることができる。そして、集光径ｄｏが調節されると、レイリー長Ｚｒが調節される。すなわち、ビームプロファイルが調節されることになる。換言すれば、ビームプロファイルを調節すると、ワーク上面ＷＵに対するレーザビームＬＢのビームの広がり角θが変化することになる。 As will be understood, by adjusting the lens incident beam diameter D with which the laser beam LB is incident on the condenser lens 19, the condensed diameter do can be set to a desired diameter. Then, when the condensing diameter do is adjusted, the Rayleigh length Zr is adjusted. That is, the beam profile is adjusted. In other words, when the beam profile is adjusted, the beam divergence angle θ of the laser beam LB with respect to the workpiece upper surface WU changes.
そこで、前述の標準加工条件で板厚３．２ｍｍのめっき鋼板をファイバーレーザによって切断加工するに際して使用した、集光径０．１５１ｍｍ、レイリー長１．６８８ｍｍのビームプロファイルを種々変更してレーザ切断加工を行い、暴露試験を行った。ここで、加工機は、株式会社アマダ製のＦＯＬ−ＡＪ４０００を使用し、ビームプロファイル（集光径とレイリー長）は、フォーカスモニターで測定した。暴露試験の実施内容は、図５に示すとおりである。なお、焦点位置はワークの上面（±０．０ｍｍ）に設定した。 Therefore, laser cutting processing was performed by variously changing the beam profile with a condensing diameter of 0.151 mm and a Rayleigh length of 1.688 mm, which was used when cutting a plated steel sheet having a plate thickness of 3.2 mm with a fiber laser under the above-described standard processing conditions. Then, an exposure test was conducted. Here, as the processing machine, FOL-AJ4000 manufactured by Amada Co., Ltd. was used, and the beam profile (focus diameter and Rayleigh length) was measured by a focus monitor. The details of the exposure test are shown in FIG. The focal position was set on the upper surface (± 0.0 mm) of the work.
図５（ａ）より理解されるように、集光径０．１３５ｍｍ、レイリー長１．３０６ｍｍの場合のサンプルＡにおいては、防錆期間としては１週間以内（０週間）であって、良好な防錆効果は認められなかった。集光径０．１４２ｍｍ、レイリー長１．４４３ｍｍの場合のサンプルＢにおいては、防錆期間は１週間であって、防錆効果が認められた。集光径０．１５１ｍｍ、レイリー長１．６８８ｍｍの場合のサンプルＣにおいては、防錆期間としては２週間認められた。集光径０．１６０ｍｍ、レイリー長１．９３３ｍｍの場合のサンプルＤにおいては、防錆期間としては３週間認められた。 As can be seen from FIG. 5 (a), in the sample A having a condensing diameter of 0.135 mm and a Rayleigh length of 1.306 mm, the rust prevention period was within 1 week (0 week), which was favorable. No rust preventive effect was observed. In the case of Sample B having a condensing diameter of 0.142 mm and a Rayleigh length of 1.443 mm, the rust prevention period was one week, and the rust prevention effect was recognized. In sample C having a condensing diameter of 0.151 mm and a Rayleigh length of 1.688 mm, a rust prevention period of 2 weeks was recognized. In sample D having a light collecting diameter of 0.160 mm and a Rayleigh length of 1.933 mm, a rust prevention period of 3 weeks was recognized.
また、集光径０．１８３ｍｍ、レイリー長２．１７８ｍｍの場合のサンプルＥにおいては、防錆期間としては４週間認められた。集光径０．１９８ｍｍ、レイリー長２．９９８ｍｍの場合のサンプルＦにおいては、防錆期間としては３週間認められた。集光径０．２０６ｍｍ、レイリー長３．２２８ｍｍの場合のサンプルＧにおいては、防錆期間としては２週間認められた。集光径０．２２５ｍｍ、レイリー長３．９９４ｍｍの場合のサンプルＨにおいては、防錆期間としては１週間以内（０週間）であった。 Further, in the case of Sample E having a condensing diameter of 0.183 mm and a Rayleigh length of 2.178 mm, a rust prevention period of 4 weeks was recognized. In the sample F having the condensing diameter of 0.198 mm and the Rayleigh length of 2.998 mm, the rust prevention period was recognized as 3 weeks. In the case of Sample G having a condensing diameter of 0.206 mm and a Rayleigh length of 3.228 mm, a rust-prevention period of 2 weeks was recognized. In the sample H in the case where the condensing diameter was 0.225 mm and the Rayleigh length was 3.994 mm, the rust prevention period was within 1 week (0 week).
前記サンプルＣ〜Ｇにおいての４週間後の切断面の写真は、図５（ｃ）の（１）〜（５）に示すとおりである。そして、評価したビームプロファイルを示すと、図５（ｂ）に点線で示すとおりである。 The photographs of the cut surfaces of Samples C to G after 4 weeks are as shown in (1) to (5) of FIG. 5 (c). The evaluated beam profile is shown by the dotted line in FIG.
前記サンプルＡ〜Ｈの切断試験から理解されるように、レーザ光の集光径とレイリー長を種々変更すると、防錆期間がそれぞれ異なるものである。 As can be understood from the cutting test of the samples A to H, when the condensing diameter of the laser light and the Rayleigh length are variously changed, the rust preventive period is different.
ここで、前記サンプルＡのレーザ切断時のビームプロファイルを誇張して示すと、図７（Ａ）に示すように、ワーク上面の集光径は小さく、レイリー長は短いものである。 Here, when the beam profile of the sample A at the time of laser cutting is exaggeratedly shown, as shown in FIG. 7A, the converging diameter on the upper surface of the work is small and the Rayleigh length is short.
また図７（ａ）に示すように、ワーク上面でのレーザエネルギー密度は高く溶融領域が狭く、溶け込みが深くなり、切断幅近傍にのみ熱が集中することになる。 Further, as shown in FIG. 7A, the laser energy density on the upper surface of the work is high, the melting region is narrow, the penetration is deep, and heat is concentrated only near the cutting width.
すなわち、ワーク上面のめっき成分が溶融及び蒸発する範囲が狭い。 That is, the range in which the plating components on the upper surface of the work melt and evaporate is narrow.
このことは、切断面を覆うのに十分な量の溶融しためっき成分が得ることをできないことを示す。 This indicates that it is not possible to obtain a sufficient amount of molten plating component to cover the cut surface.
また、ワーク上面の集光径が小さいため、ワーク上面での切断幅も狭くなり、アシストガスも切断面に十分に流れてこない。 Further, since the light collecting diameter on the upper surface of the work is small, the cutting width on the upper surface of the work is narrowed, and the assist gas does not sufficiently flow to the cutting surface.
すなわち、溶融しためっき成分がアシストガスの流れによって切断面に十分に流れ込まないことを示している。 That is, it indicates that the molten plating component does not sufficiently flow into the cut surface due to the flow of the assist gas.
以上、ワーク上面の溶融しためっき成分が十分でなく、かつアシストガスも切断面に流れにくいため切断面に溶融しためっき成分が十分回り込むことができず、切断面を溶融しためっき成分で十分に覆うことができない為、防錆効果が低い傾向になると考えられる。なお図７（ａ）および、下記に説明のある図７（ｂ）、図７（ｃ）に示す図は、それぞれサンプルＡ、サンプルＥ、サンプルＨのビームプロファイルのレーザ光を、同じ出力で同じ極短時間ワークに照射した時の溶け込み状態を表した断面の写真と、写真の上に示す二重丸はワーク上面からみた各サンプルの溶融領域の大きさの違いを示した図である。 As described above, the molten plating component on the upper surface of the workpiece is not sufficient, and the assist gas does not easily flow to the cutting surface, so the molten plating component cannot sufficiently flow around the cutting surface, and the cutting surface is sufficiently covered with the molten plating component. Therefore, it is considered that the rust prevention effect tends to be low. Note that FIG. 7A and FIGS. 7B and 7C described below show the same output of the laser beams having the beam profiles of Sample A, Sample E, and Sample H, respectively. FIG. 2 is a photograph of a cross-section showing a state of melting when a work is irradiated for an extremely short time, and a double circle shown on the photograph shows a difference in size of a melting region of each sample as seen from the top surface of the work.
サンプルＥの場合は、図７（Ｂ）に示すように、ワーク上面の集光径はサンプルＡの場
合に比較して大きい。またレイリー長はサンプルＡの場合より長い。
In the case of the sample E, as shown in FIG. 7B, the light collecting diameter on the upper surface of the work is larger than that of the sample A. The Rayleigh length is longer than that of sample A.
また図７（ｂ）に示すように、ワーク上面でのレーザエネルギー密度はサンプルＡよりも低く、溶融領域が広く、溶け込みが浅くなり切断幅近傍から周辺に広く熱が分散する。 As shown in FIG. 7B, the laser energy density on the upper surface of the work is lower than that of the sample A, the melting region is wide, the penetration is shallow, and the heat is widely dispersed from the vicinity of the cutting width to the periphery.
すなわち、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲がサンプルＡの場合よりも広くなる。このことは切断面を覆うのに十分なめっき成分が溶融することである。 That is, the melting range of the plating component on the upper surface of the work is wider than that of the sample A. This means that enough plating components will melt to cover the cut surface.
また、ワーク上面の集光径がサンプルＡの場合よりも大きいためワーク上面の切断幅も広くなる。これは、サンプルＡの場合よりもアシストガスが十分に切断面に流れ込むことを示す。 Further, since the light condensing diameter on the upper surface of the work is larger than that of the sample A, the cutting width of the upper surface of the work becomes wider. This shows that the assist gas flows into the cut surface sufficiently as compared with the case of the sample A.
すなわち、切断面を覆うのに十分な溶融しためっき成分を確保し、なおかつ溶融しためっき成分を切断面に流し込むのに十分なアシストガスが流れるため切断面を溶融しためっき成分で覆うことができ、十分な防錆効果が得ることができる傾向になると考えられる。 That is, it is possible to cover the cut surface with the molten plating component because sufficient molten plating component is secured to cover the cut surface, and yet sufficient assist gas flows to pour the molten plating component into the cut surface, It is considered that a sufficient anticorrosion effect can be obtained.
サンプルＨの場合は、図７（Ｃ）に示すように、ワーク上面の集光径はサンプルＡ，Ｅの場合よりも大きい。 In the case of the sample H, as shown in FIG. 7C, the light collecting diameter on the upper surface of the work is larger than that of the samples A and E.
すなわち、エネルギー密度もサンプルＡ，Ｅの場合よりも低くなり切断を行うには多くのエネルギーを注入する必要がある。また図７（ｃ）に示すように、さらに溶融領域が広く、溶け込みがさらに浅くなり材料表面の温度上昇範囲も広くなりワーク上面のめっき成分も多く溶融し切断面を覆うのには十分な量の溶融しためっき成分を確保することができる。 That is, the energy density is lower than that of the samples A and E, and a large amount of energy needs to be injected to perform cutting. Further, as shown in FIG. 7 (c), the melting area is wider, the penetration is shallower, the temperature rise range of the material surface is wider, and the plating component on the upper surface of the work is much melted to cover the cut surface. It is possible to secure the molten plating component of.
しかし、ワーク上面の切断幅が広くレイリー長もサンプルＡ，Ｅの場合よりも長いためワーク上面ＷＵからワーク下面ＷＬに対してほぼ同一幅を有する。 However, since the cutting width of the work upper surface is wide and the Rayleigh length is longer than in the cases of the samples A and E, the work upper surface WU and the work lower surface WL have almost the same width.
したがって、ワークＷ内でのアシストガス流速は、上面から下面に沿って高速を維持された状態であり、溶融しためっき成分が切断面に付着することなく排出されてしまい切断面にめっき成分が十分付着しない。 Therefore, the assist gas flow velocity in the work W is maintained at a high speed from the upper surface to the lower surface, and the molten plating component is discharged without adhering to the cut surface, so that the cut surface has sufficient plating component. Does not adhere.
すなわち、切断面の防錆効果が十分でない状態となる傾向になると考えられる。 That is, it is considered that there is a tendency that the rustproof effect of the cut surface is not sufficient.
よって、めっき鋼板のレーザ切断を行う際に、上面におけるめっきの一部を切断面へ誘導して、誘導された一部のめっきによって切断面を被覆するには、集光径とレイリー長を適正の範囲に設定することが望ましいものである。 Therefore, when performing laser cutting of the plated steel sheet, in order to guide a part of the plating on the upper surface to the cutting surface and cover the cutting surface with the guided part of the plating, the converging diameter and Rayleigh length are appropriate. It is desirable to set in the range of.
前記サンプルＡ〜Ｈにおける例えば３．２ｍｍのワークにおける、ワーク上面のビーム径とワーク下面のビーム径との関係を示すと、図６に示すとおりである。同じ集光径の上面ビーム径である曲線Ａ上の点と、下面ビーム径である曲線Ｂ上の点とを上下に点線で結んだセットの組合せとなる。 FIG. 6 shows the relationship between the beam diameter of the upper surface of the work and the beam diameter of the lower surface of the work in the work of 3.2 mm in each of the samples A to H, for example. A set of points is formed by connecting a point on the curve A, which is the upper beam diameter of the same converging diameter, and a point on the curve B, which is the lower beam diameter, to each other by connecting them with a dotted line.
そして、防錆期間が２週間以上の範囲を示すと、図６に示すハッチングの範囲となる。ここで、集光径とレイリー長の関係において防錆効果を表に示すと、前述の通り図５（ａ）に示すとおりである。そして、防錆効果が期待できるであろうと思われる範囲は、図５（ｂ）に示すように防錆期間を１週間より良い範囲とするとサンプルＢからサンプルＧの範囲となり、３週間を超える防錆期間とするとサンプルＤからサンプルＦまでの範囲となる。 When the rust prevention period is in the range of 2 weeks or more, the hatching range shown in FIG. 6 is obtained. Here, the rust preventive effect in the relationship between the light collecting diameter and the Rayleigh length is shown in the table as shown in FIG. The range in which the anti-corrosion effect is expected to be expected is the range of Sample B to Sample G when the anti-corrosion period is set to a range better than 1 week as shown in FIG. The rust period is the range from sample D to sample F.
また既に理解されるように、めっき鋼板をファイバーレーザによってレーザ切断する場合、サンプルＥである集光径０．１８３ｍｍ、レイリー長２．１７８ｍｍの前後の条件が最も望ましいものである。そこで、集光径を０．１８３ｍｍ、レイリー長を２．１７８ｍｍに保持してレーザ切断加工を行うに際し、ノズル径、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置及び切断速度の影響の試験を行った。 Moreover, as already understood, when laser cutting a plated steel sheet with a fiber laser, the conditions before and after the condensing diameter of the sample E of 0.183 mm and the Rayleigh length of 2.178 mm are the most desirable. Therefore, when performing laser cutting processing while keeping the condensing diameter at 0.183 mm and the Rayleigh length at 2.178 mm, the influence of the nozzle diameter, the assist gas pressure, the nozzle gap, the focus position, and the cutting speed was tested.
試験機：アマダ製 ＦＯＬ−ＡＪ４０００
レーザ出力：４ＫＷ
暴露試験期間：１２週間
Testing machine: Amada FOL-AJ4000
Laser power: 4KW
Exposure test period: 12 weeks
なお、レーザ出力４ＫＷであるが、出力が変化すると、加工速度範囲も出力に比例して変化する。例えばレーザ出力が高くなると、加工可能な加工速度範囲も速くなる傾向となる。 Although the laser output is 4 KW, when the output changes, the processing speed range also changes in proportion to the output. For example, as the laser output becomes higher, the processing speed range that can be processed tends to become faster.
防錆効果の評価については、図８に示すように、サンプルの切断面における中央部付近の７０ｍｍの範囲を２０等分し、赤錆の発生している部分（四角で囲った部分）をカウントして評価を行った。図８（Ａ）は錆の発生箇所は１箇所で１０％以下、図８（Ｂ）は４箇所で２０％（２５％以下）、図８（Ｃ）は９箇所で４５％（５０％以下）、図８（Ｄ）は１７箇所で、８５％（５１％以上）である。そして、本実施形態の場合においては、１０％以下の場合を「良品」とした。 For the evaluation of the rust preventive effect, as shown in FIG. 8, a 70 mm range near the central portion of the cut surface of the sample was divided into 20 equal parts, and the portion where red rust had occurred (the portion surrounded by a square) was counted. And evaluated. In FIG. 8 (A), rust is generated in one place at 10% or less, in FIG. 8 (B) at four places at 20% (25% or less), and in FIG. 8 (C) at nine places 45% (50% or less). ), FIG. 8 (D) shows 85% (51% or more) at 17 locations. Then, in the case of the present embodiment, the case of 10% or less is defined as “non-defective product”.
次に、板厚ｔ＝２．３ｍｍ，ｔ＝３．２ｍｍ，ｔ＝４．５ｍｍのみが異なるめっき鋼板を、ノズル径２．０ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲においてレーザ切断加工を行った。そして、１２週間の暴露試験を行った結果は、図９〜図１１に示すとおりであった。なお図９〜図１１に示すものは、数多くの暴露試験結果の中らから代表的な試験結果を示しており、赤錆の進行の変化も分かるように４週間の暴露試験結果も併せて表示している。図８で説明したように赤錆が発生している部分を四角で囲っている。なお、以下図１３〜図１５、図１７〜図１９、図２１〜図２３及び図２６〜図２８も同様である。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度（Ｆ：１００００ｍｍ／ｍｉｎなど）およびアシストガス圧にて加工を行った。そして、図９〜図１１に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図１２に示すとおりであった。 Next, the laser cutting processing was performed on the plated steel sheets that differed only in the plate thickness t = 2.3 mm, t = 3.2 mm, and t = 4.5 mm in the nozzle diameter range of 2.0 mm to 7.0 mm. The results of the 12-week exposure test were as shown in FIGS. 9 to 11. 9 to 11 show typical test results from a large number of exposure test results, and the 4 week exposure test results are also displayed so that changes in the progress of red rust can be seen. ing. As described with reference to FIG. 8, the portion where the red rust is generated is surrounded by a square. The same applies to FIGS. 13 to 15, 17 to 19, FIGS. 21 to 23, and 26 to 28. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and the processing was performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.) and assist gas pressure according to the change in the plate thickness to be processed. Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 9 to 11 and other results of the exposure test is shown in a graph as shown in FIG.
図１２から明らかなように、ノズル径が大きくなるに従って、錆の発生が１０％以下の割合が多くなるものである。 As is clear from FIG. 12, as the nozzle diameter increases, the proportion of rust generation of 10% or less increases.
すなわち、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合は、ノズル径が２．０ｍｍになると、錆の発生が１０％以下の割合が約６０％以上となる。そして、ノズル径が２．３ｍｍ以上になると、８０％以上になる。したがって、ノズル径は大きい方が望ましいものである。同様に、図１２から明らかなように、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合は、ノズル径が３．８ｍｍになると、錆の発生が１０％以下の割合が約６０％以上となる。そして、ノズル径が６．２ｍｍ以上になると、８０％以上になる。板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合にも、ノズル径が４．８ｍｍになると、錆の発生が１０％以下の割合が約６０％以上となる。そして、ノズル径が６．９ｍｍ以上になると、８０％以上になる。ノズル径は大きい方が望ましいものである。 That is, in the case of the plate thickness t = 2.3 mm, when the nozzle diameter is 2.0 mm, the ratio of rust generation of 10% or less is about 60% or more. And, when the nozzle diameter is 2.3 mm or more, it is 80% or more. Therefore, it is desirable that the nozzle diameter is large. Similarly, as is clear from FIG. 12, in the case of the plate thickness t = 3.2 mm, when the nozzle diameter is 3.8 mm, the ratio of rust generation of 10% or less is about 60% or more. When the nozzle diameter is 6.2 mm or more, it is 80% or more. Even when the plate thickness t = 4.5 mm, when the nozzle diameter is 4.8 mm, the rate of rust generation of 10% or less is about 60% or more. When the nozzle diameter is 6.9 mm or more, it is 80% or more. A larger nozzle diameter is desirable.
次に、アシストガス圧を０．４ＭＰａ〜２．０ＭＰａの範囲においてレーザ切断加工を行い、１２週間の暴露試験を行った結果は、図１３〜図１５に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度（Ｆ：１００００ｍｍ／ｍｉｎなど）およびノズル径にて加工を行った。そして、図１３〜図１５に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図１６に示すとおりである。 Next, laser cutting processing was performed in the range of an assist gas pressure of 0.4 MPa to 2.0 MPa, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIG. 13 to FIG. It was The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and the processing was performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.) and a nozzle diameter according to the change in the plate thickness to be processed. FIG. 16 is a graph showing the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 13 to 15 and the other exposure test results.
図１６より明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合を６０％以上とすると、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合には１．５ＭＰａ以下、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合には、１．７５ＭＰａ以下、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合には、１．９８ＭＰａ以下であることが望ましいものである。同様に図１６から明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合を８０％以上とすると、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合には１．１３ＭＰａ以下、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合には、１．４７ＭＰａ以下、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合には、１．７８ＭＰａ以下であることが望ましいものである。したがって、アシストガス圧は高すぎない方が望ましいものであると考えられる。 As is clear from FIG. 16, when the rate of rust generation of 10% or less is 60% or more, 1.5 MPa or less when the plate thickness t = 2.3 mm, and when the plate thickness t = 3.2 mm. Is 1.75 MPa or less, and when the plate thickness t = 4.5 mm, it is preferably 1.98 MPa or less. Similarly, as is clear from FIG. 16, when the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 1.13 MPa or less, and the plate thickness t = 3.2 mm. In this case, 1.47 MPa or less, and when the plate thickness t = 4.5 mm, 1.78 MPa or less is desirable. Therefore, it is considered desirable that the assist gas pressure is not too high.
次に、ノズルギャップを０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲においてレーザ切断加工を行い、１２週間暴露試験を行った結果は、図１７〜図１９に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の変化に応じて適正な加工速度（Ｆ：１００００ｍｍ／ｍｉｎなど）、アシストガス圧、ノズル径にて加工を行った。そして、図１７〜図１９に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図２０に示すとおりであった。 Next, laser cutting was performed in a nozzle gap range of 0.3 mm to 1.2 mm, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIGS. 17 to 19. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and processing is performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.), assist gas pressure, and nozzle diameter according to the change in the plate thickness to be processed. It was Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 17 to 19 and other results of the exposure test was shown in a graph as shown in FIG.
図２０から明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合が６０％以上になるには、板厚ｔ＝２．３ｍｍにおいてのノズルギャップは０．９０ｍｍ以下、板厚ｔ＝３．２ｍｍにおいてのノズルギャップは１．１１ｍｍ以下、そして、板厚ｔ＝４．５ｍｍにおいてのノズルギャップは１．１６ｍｍ以下である。同様に図２０から明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合を８０％以上とすると、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合には０．３３ｍｍ以下、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合には、０．３６ｍｍ以下、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合には、０．５０ｍｍ以下であることが望ましいものである。 As is clear from FIG. 20, in order to increase the rust generation rate of 10% or less to 60% or more, the nozzle gap at the plate thickness t = 2.3 mm is 0.90 mm or less, and the plate thickness t = 3.2 mm. The nozzle gap is 1.11 mm or less, and the nozzle gap at the plate thickness t = 4.5 mm is 1.16 mm or less. Similarly, as is clear from FIG. 20, when the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 0.33 mm or less and the plate thickness t = 3.2 mm are obtained. In the case, 0.36 mm or less is preferable, and when the plate thickness t = 4.5 mm, 0.50 mm or less is desirable.
したがって、ノズルギャップは、小さい方が望ましいものと考えられる。 Therefore, it is considered that a smaller nozzle gap is desirable.
次に、焦点位置を＋２．０ｍｍ〜−２．０ｍｍ（＋はワーク上面より上側、−はワーク上面より下側、ワーク上面は０．０ｍｍである）の範囲においてレーザ切断加工を行い、１２週間の暴露試験を行った結果は、図２１〜図２３に代表的な試験結果を示すとおりであった。なお、加工条件は、各図における上部に記載したとおりであり、加工する板厚の化に応じて適正な加工速度（Ｆ：１００００ｍｍ／ｍｉｎなど）、アシストガス圧、ノズル径にて加工を行った。そして、図２１〜図２３に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆効果をグラフ化して示すと、図２４に示すとおりであった。 Next, laser cutting is performed in the range of the focus position of +2.0 mm to −2.0 mm (+ is above the work top surface, − is below the work top surface, and the work top surface is 0.0 mm) for 12 weeks. The results of the exposure test of No. 2 were as shown in the representative test results in FIGS. The processing conditions are as described in the upper part of each figure, and processing is performed at an appropriate processing speed (F: 10000 mm / min, etc.), assist gas pressure, and nozzle diameter according to the plate thickness to be processed. It was Then, the rust preventive effect of the results shown in FIGS. 21 to 23 and other results of the exposure test is shown in a graph as shown in FIG.
図２４より明らかなように、板厚ｔ＝２．３ｍｍにおいては、錆の発生が１０％以下の割合が６０％以上の場合の焦点位置は−１．６ｍｍ以上、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合においての焦点位置は、−１．８ｍｍ以上、そして、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合においての焦点位置は−２．０ｍｍ以上である。同様に図２４から明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合を８０％以上とすると、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合には０．５ｍｍ以上、板厚ｔ＝３．２ｍｍの場合には、０ｍｍ以上、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合には、−０．５ｍｍ以上であることが望ましいものである。 As is clear from FIG. 24, at the plate thickness t = 2.3 mm, the focus position is −1.6 mm or more and the plate thickness t = 3.2 mm when the rust occurrence rate is 10% or less and 60% or more. In the case of, the focal position is -1.8 mm or more, and in the case of the plate thickness t = 4.5 mm, the focal position is -2.0 mm or more. Similarly, as is clear from FIG. 24, when the ratio of rust generation of 10% or less is 80% or more, when the plate thickness t = 2.3 mm, 0.5 mm or more and the plate thickness t = 3.2 mm are obtained. In the case, 0 mm or more, and when the plate thickness t = 4.5 mm, −0.5 mm or more is desirable.
ここで、焦点位置が＋２．０ｍｍ，±０．０ｍｍ，−２．０ｍｍの場合における切断溝と切断面に対するめっきの付着効果を模擬的に示すと、図２５（Ａ）〜図２５（Ｃ）に示すようになる。図２５（Ａ）に示すように、焦点位置±０ｍｍ（図２５（Ｂ）の場合）に対して焦点位置をワーク上面から上昇させた場合、ワークに照射されるビーム径が大きくなり、レーザエネルギー密度は小さくなる。よって、切断に必要な母材への入熱量を増やす必要があるため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が広くなる。このことは切断面を覆うのに十分なめっき成分が溶融することである。また、ビーム径が大きくなることで切断幅も大きくなるため、アシストガスが十分に切断面に流れ込むことができる。このことはワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に十分に流動させることである。 Here, when the adhesion effect of plating on the cutting groove and the cutting surface when the focal position is +2.0 mm, ± 0.0 mm, and −2.0 mm is simulated, FIGS. 25 (A) to 25 (C). As shown in. As shown in FIG. 25 (A), when the focus position is raised from the top surface of the work with respect to the focus position ± 0 mm (in the case of FIG. 25 (B)), the beam diameter irradiated on the work becomes large and the laser energy is increased. The density becomes smaller. Therefore, it is necessary to increase the amount of heat input to the base material necessary for cutting, so that the range of melting of the plating component on the upper surface of the work is widened. This means that enough plating components will melt to cover the cut surface. Further, since the cutting width increases as the beam diameter increases, the assist gas can sufficiently flow into the cutting surface. This means that the plating component melted on the upper surface of the work is sufficiently flowed to the cut surface.
すなわち、切断面を覆うのに十分な溶融しためっき成分を確保し、なおかつ溶融しためっき成分を切断面に流し込むのに十分なアシストガスが流れるため、切断面を溶融しためっき成分で覆うことができ、十分な防錆効果が得ることができる。
図２５（Ｂ）に示すように、レーザの焦点位置をワーク上面に合わせて加工した場合、図２５（Ａ）と比較して、レーザエネルギー密度は高くなり、母材への入熱量が減るため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が狭くなる。よって、切断面を覆うのに必要なめっき成分の溶融量を確保しづらくなる。また、ビーム径が小さくなることで切断幅も小さくなるため、アシストガスが切断面に流れ込みづらくなる。よって、ワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に流動させづらくなる。
That is, it is possible to cover the cut surface with the molten plating component because sufficient assisted gas flows to secure the molten plating component to cover the cut surface and to pour the molten plating component into the cut surface. A sufficient anti-corrosion effect can be obtained.
As shown in FIG. 25 (B), when the laser focus position is aligned with the work top surface, the laser energy density is higher and the amount of heat input to the base material is smaller than in FIG. 25 (A). However, the melting range of the plating component on the upper surface of the work becomes narrow. Therefore, it becomes difficult to secure the melting amount of the plating component necessary to cover the cut surface. Further, since the beam width is reduced and the cutting width is also reduced, it becomes difficult for the assist gas to flow into the cutting surface. Therefore, it becomes difficult for the plating component melted on the upper surface of the work to flow to the cut surface.
すなわち、図２５（Ａ）と比較して、ワーク上面の溶融しためっき成分が減少し、かつアシストガスも切断面に流れづらくなるため、切断面に溶融したメッキ成分が回り込みづらくなり、溶融しためっき成分が切断面を覆いづらくなるため、防錆効果が低くなる。 That is, as compared with FIG. 25 (A), the molten plating component on the upper surface of the work is reduced, and the assist gas is also difficult to flow to the cut surface, so that the molten plating component is less likely to wrap around the cut surface and the molten plating is performed. Since it is difficult for the components to cover the cut surface, the rust preventive effect is low.
図２５（Ｃ）に示すように、焦点位置±０ｍｍに対して焦点位置をワーク上面から下降させた場合、図２５（Ｂ）と比較して、レーザエネルギー密度は高くなり、母材への入熱量が減るため、ワーク上面のめっき成分の溶融する範囲が狭くなる。よって、切断面を覆うのに必要なめっき成分の溶融量を確保しづらくなる。また、ビーム径が小さくなることで切断幅も小さくなるため、アシストガスが十分に切断面に流れ込みづらくなる。よって、ワーク上面で溶融しためっき成分を切断面に十分に流動させづらくなる。 As shown in FIG. 25C, when the focus position is lowered from the top surface of the work with respect to the focus position ± 0 mm, the laser energy density becomes higher than that in FIG. Since the amount of heat is reduced, the melting range of the plating component on the upper surface of the work is narrowed. Therefore, it becomes difficult to secure the melting amount of the plating component necessary to cover the cut surface. In addition, since the cutting width becomes smaller as the beam diameter becomes smaller, it becomes difficult for the assist gas to sufficiently flow into the cutting surface. Therefore, it becomes difficult to sufficiently flow the plating component melted on the upper surface of the work to the cut surface.
すなわち、図２５（Ｂ）と比較して、ワーク上面の溶融しためっき成分が減少し、かつアシストガスも切断面に流れづらくなるため、切断面に溶融したメッキ成分が回り込みづらくなり、切断面を溶融しためっき成分で十分に覆うことができないため、防錆効果がさらに低くなる。 That is, as compared with FIG. 25 (B), the molten plating component on the upper surface of the work is reduced, and the assist gas is less likely to flow to the cut surface, so that the molten plating component is less likely to flow around the cut surface and the cut surface Since it cannot be sufficiently covered with the molten plating component, the anticorrosive effect is further reduced.
したがって、防錆効果に対しては焦点位置は高目の方が望ましいものと考えられる。 Therefore, it is considered that a higher focus position is desirable for the rust prevention effect.
次に、加工速度を５００ｍｍ／ｍｉｎ〜１２０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲においてレーザ切断加工を行い、１２週間の暴露試験を行った結果は、図２６〜図２８に代表的な試験結果を示すとおりであった。そして、図２６〜図２８に示した結果およびその他の暴露試験結果の防錆の効果をグラフ化して示すと、図２９に示すとおりである。 Next, laser cutting was performed at a processing speed in the range of 500 mm / min to 12000 mm / min, and an exposure test for 12 weeks was performed. The results are shown in FIGS. 26 to 28 as representative test results. .. Then, the rust-preventing effect of the results shown in FIGS. 26 to 28 and other exposure test results is shown in a graph as shown in FIG. 29.
図２９から明らかなように、錆の発生が１０％以下の割合が６０％以上の割合になるのは、板厚ｔ＝２．３ｍｍにおいては約８０００ｍｍ／ｍｉｎ以上である。また９０００ｍｍ／ｍｉｎを越えると錆の発生が１０％以下の割合が８０％以上となる、しかし、１００００ｍｍ／ｍｉｎ以上になると、前記割合が次第に低下する。そして、１１０００ｍｍ／ｍｉｎ以上になると、前記割合が８０％以下に低下する。したがって、板厚ｔ＝２．３ｍｍの場合は、８０００ｍｍ／ｍｉｎ〜１２０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲で防錆効果が高く、更に９０００ｍｍ／ｍｉｎ〜１１０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲がより望ましいものである。 As is clear from FIG. 29, the rate of occurrence of rust of 10% or less becomes 60% or more when the plate thickness t = 2.3 mm is about 8000 mm / min or more. If it exceeds 9000 mm / min, the rate of rust generation of 10% or less is 80% or more, but if it is 10,000 mm / min or more, the rate is gradually reduced. And when it becomes 11000 mm / min or more, the above ratio is reduced to 80% or less. Therefore, when the plate thickness t = 2.3 mm, the rust prevention effect is high in the range of 8000 mm / min to 12000 mm / min or less, and the range of 9000 mm / min to 11000 mm / min is more desirable.
また、板厚ｔ＝３．２ｍｍにおいては、図２９より明らかなように、３３００ｍｍ／ｍｉｎ〜９０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲で防錆効果が高く、更に４５００ｍｍ／ｍｉｎ〜７０００ｍｍ／ｍｉｎの範囲がより望ましく、板厚ｔ＝４．５ｍｍの場合には、７００ｍｍ／ｍｉｎ〜３３００ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲で防錆効果が高く、更に１８００ｍｍ／ｍｉｎ〜３３００ｍｍ／ｍｉｎの範囲がより望ましいものである。なお、加工速度が大きくなると、ワークに対する入熱が減少して切断不可能になることがある。 Further, when the plate thickness t = 3.2 mm, as is clear from FIG. 29, the rust prevention effect is high in the range of 3300 mm / min to 9000 mm / min or less, and more preferably in the range of 4500 mm / min to 7000 mm / min. When the plate thickness t = 4.5 mm, the anticorrosive effect is high in the range of 700 mm / min to 3300 mm / min or less, and the range of 1800 mm / min to 3300 mm / min is more desirable. In addition, when the processing speed is increased, the heat input to the work may be decreased and the cutting may not be possible.
図２に示すように、レーザ加工装置１における前記制御装置３５はコンピュータから構成して、前記ワークＷに対するレーザ加工ヘッド５の相対的な移動位置決めの制御を行う機能、前記レーザ発振器１１におけるレーザ出力の制御及び前記レーザ加工ヘッド５に対する圧力ガスの供給圧力を制御する機能を有する。 As shown in FIG. 2, the control device 35 in the laser processing apparatus 1 is composed of a computer, and has a function of controlling relative movement and positioning of the laser processing head 5 with respect to the work W, and a laser output in the laser oscillator 11. And controlling the supply pressure of the pressure gas to the laser processing head 5.
前記制御装置３５は、前記ワークＷのレーザ加工を行うための加工プログラムを記憶した加工プログラム記憶部３７を備えている。さらに、制御装置３５はワークＷのレーザ加工を行う際の各種のパラメータを格納したパラメータ記憶部３９を備えている。また、前記制御装置３５は、例えばレーザ加工位置の画面等を表示するデータを記憶した画面表示データ記憶部４１を備えている。 The control device 35 includes a machining program storage unit 37 that stores a machining program for performing the laser machining of the work W. Further, the control device 35 includes a parameter storage unit 39 that stores various parameters when performing laser processing of the work W. Further, the control device 35 includes a screen display data storage unit 41 that stores data for displaying a screen of a laser processing position, for example.
前記制御装置３５には、表示部４３が接続してある。この表示部４３は、制御装置３５に備えた画面処理部４５と接続してある。さらに、前記制御装置３５には入力制御部４７が備えられている。この入力制御部４７には入力部４９が接続してある。この入力部４９は、前述した試験結果、プログラムの変更、加工条件の変更、各軸の手動動作等の必要なデータの入力を行うものである。 A display unit 43 is connected to the control device 35. The display unit 43 is connected to the screen processing unit 45 included in the control device 35. Further, the control device 35 is provided with an input control unit 47. An input section 49 is connected to the input control section 47. The input unit 49 is for inputting necessary data such as the above-mentioned test result, program change, machining condition change, and manual operation of each axis.
前記制御装置３５には、ワークＷのレーザ切断加工を行った際の加工条件を格納した加工条件記憶部５１が備えられている。この加工条件記憶部５１には、ビームプロファイル（集光径、レイリー長）、加工速度、ノズル径、アシストガス種、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置などの加工条件が板厚や材質毎にまた加工条件番号毎に複数記憶されている。 The control device 35 is provided with a processing condition storage unit 51 that stores processing conditions when the laser cutting processing of the work W is performed. In the processing condition storage unit 51, processing conditions such as beam profile (focus diameter, Rayleigh length), processing speed, nozzle diameter, assist gas type, assist gas pressure, nozzle gap, and focus position are set for each plate thickness and material. Further, a plurality is stored for each processing condition number.
加工を行う際は加工プログラム記憶部３７に記憶されている所望の加工プログラムを呼び出し実行されると、加工プログラムに記載の板厚、材質および加工条件番号から加工条件記憶部５１に記憶された加工条件の中から、所定の板厚、材質、加工条件番号に対応する加工条件が選択される。 When a desired machining program stored in the machining program storage unit 37 is called and executed during machining, the machining stored in the machining condition storage unit 51 from the plate thickness, material and machining condition number described in the machining program. A processing condition corresponding to a predetermined plate thickness, material and processing condition number is selected from the conditions.
選択された加工条件のビームプロファイルに基づき制御装置３５はＣＦレンズ（コリメーションレンズ）１５のアクチュエータ１７を制御、あるいはＡＯミラー２１の加圧手段２１Ａを制御することにより所望のビームプロファイル（集光径、レイリー長）に調節する。 Based on the beam profile of the selected processing conditions, the control device 35 controls the actuator 17 of the CF lens (collimation lens) 15 or the pressurizing means 21A of the AO mirror 21 to obtain a desired beam profile (condensing diameter, Rayleigh length).
また制御装置３５は選択された加工条件の加工速度に基づきＸＹ軸を制御し所望の加工速度を調整する。 Further, the control device 35 controls the XY axes based on the processing speed of the selected processing condition to adjust the desired processing speed.
同様に制御装置は選択された加工条件のノズルギャップや焦点位置に基づきＺ軸を制御することによりノズルギャップや焦点位置を調整し、また選択された加工条件のアシストガス種やアシストガス圧やアシストガスの濃度に基づきアシストガス供給装置２５を制御することによりに所望のアシストガス種やアシストガス圧やアシストガスの濃度などに調整することができる。 Similarly, the control device adjusts the nozzle gap and the focus position by controlling the Z axis based on the nozzle gap and the focus position of the selected processing condition, and the assist gas type, assist gas pressure, and assist gas of the selected processing condition. By controlling the assist gas supply device 25 based on the gas concentration, it is possible to adjust to a desired assist gas species, assist gas pressure, assist gas concentration, and the like.
また制御装置は選択された加工条件のノズル径に基づき図示しないノズル交換装置を制御することにより所望のノズルに交換選択することができる。 Further, the control device can replace and select a desired nozzle by controlling a nozzle replacing device (not shown) based on the nozzle diameter of the selected processing condition.
よって、加工プログラムに基づき制御装置３５の制御により、所望の加工条件でワークをレーザ切断加工ができる。 Therefore, the workpiece can be laser-cut under the desired processing conditions under the control of the control device 35 based on the processing program.
さらに、加工条件記憶部５１に記憶された加工条件ファイル５３には溶融亜鉛めっき鋼板用の防錆期間に対応した加工条件のデータファイル５５が記憶されている。この溶融亜鉛めっき鋼板用の防錆期間に対応した加工条件は板厚と所望の防錆期間に対応した各加工条件が記憶されている。各加工条件はビームプロファイル（集光径、レイリー長）、加工速度、ノズル径、アシストガス種、アシストガス圧、ノズルギャップ、焦点位置などである。 Further, the processing condition file 53 stored in the processing condition storage unit 51 stores a processing condition data file 55 corresponding to the rust prevention period for the hot-dip galvanized steel sheet. As the processing conditions corresponding to the rust prevention period for this hot-dip galvanized steel sheet, each processing condition corresponding to the plate thickness and the desired rust prevention period is stored. Each processing condition includes a beam profile (focused diameter, Rayleigh length), processing speed, nozzle diameter, assist gas type, assist gas pressure, nozzle gap, focus position, and the like.
よって加工プログラムに材質が溶融亜鉛めっき鋼板で、板厚と所望の防錆期間を指定しておくと、制御装置は記憶された、溶融亜鉛めっき鋼板、板厚と所望の防錆期間に基づき、加工条件ファイルから所望の防錆期間に対応できる加工条件を選択し、加工機を制御することで所望の防錆期間を得ることができるワークを加工することができる。 Therefore, if the material is hot-dip galvanized steel sheet in the processing program and the plate thickness and the desired rust prevention period are specified, the control device stores the hot-dip galvanized steel plate, the plate thickness and the desired rust prevention period, By selecting a processing condition that can correspond to a desired rust prevention period from the processing condition file and controlling the processing machine, it is possible to process a workpiece that can obtain the desired rust prevention period.
ところで、各データファイル５５には、１つの板厚と１つの防錆期間とを対応して関連付けした加工条件が格納されている。しかし、加工条件の幅を持たせるために、例えば、複数の加工速度、複数種のガス圧等を選択可能に格納しておくことも可能である。 By the way, each data file 55 stores processing conditions in which one plate thickness and one rust prevention period are associated and associated with each other. However, in order to have a wide range of processing conditions, for example, it is possible to store a plurality of processing speeds, a plurality of types of gas pressures, etc. so that they can be selected.
なお、この加工条件ファイルは予め記憶装置に記憶しておく。この記憶させる作業は各板厚毎に加工条件を変えながら加工を行って、各加工をしたワークを暴露試験を行い防錆期間毎に対応する加工条件を確認した結果に基づき加工条件ファイルに加工条件を記憶しておくことになる。 The processing condition file is stored in the storage device in advance. This memorizing work is performed by changing the processing conditions for each plate thickness, performing the exposure test on each processed work, and processing the processing conditions file based on the result of checking the corresponding processing conditions for each rust prevention period. The conditions will be memorized.
なお、加工プログラムには材質と板厚と防錆期間を指定せず、板厚と材質のみを指定し、作業者が加工をする際に加工プログラムを選択するときに所望の防錆期間を制御装置の入力手段から入力し、その入力された防錆期間から加工条件ファイルの所望の加工条件を選択しても良い。 In addition, do not specify the material, plate thickness, and rust prevention period in the processing program, specify only the plate thickness and material, and control the desired rust prevention period when the operator selects the processing program when processing. It is also possible to input from the input means of the apparatus and select a desired processing condition in the processing condition file from the input rust prevention period.
ところで、前記レーザ加工ヘッド５の構成としては、図３０に示すごとき構成とすることが望ましい。すなわち、レーザ加工ヘッド５は、めっき鋼板Ｗのレーザ加工部ＬＷへアシストガスＡＧを噴出するノズルＮＺを備え、上記ノズルＮＺから噴出されたアシストガスＡＧによって溶融金属を吹き飛ばして形成された切断面ＣＦへ、めっき鋼板の上面において溶融された状態のめっき層含有金属ＷＭを導くための補助ガスＳＧを噴出する補助ガスノズルＳＮを備えている。そして、前記補助ガスノズルＳＮは、レーザ切断加工によって形成される切断溝ＣＧの幅よりも大きな範囲でもってレーザ切断加工後の切断溝に補助ガスＳＧを噴出する構成である。 By the way, it is desirable that the laser processing head 5 has a configuration as shown in FIG. That is, the laser processing head 5 includes a nozzle NZ that ejects the assist gas AG to the laser processing portion LW of the plated steel plate W, and a cut surface CF formed by blowing the molten metal by the assist gas AG ejected from the nozzle NZ. An auxiliary gas nozzle SN for ejecting an auxiliary gas SG for guiding the plating layer-containing metal WM in a molten state on the upper surface of the plated steel sheet is provided. Further, the auxiliary gas nozzle SN is configured to eject the auxiliary gas SG into the cutting groove after the laser cutting process in a range larger than the width of the cutting groove CG formed by the laser cutting process.
したがって、めっき鋼板Ｗのレーザ切断加工時に、切断溝ＣＧの上縁において溶融された状態のめっき層含有金属の一部は切断溝ＣＧ内に誘導されて、切断面ＣＦを効果的に被覆することになるものである。 Therefore, during laser cutting of the plated steel sheet W, a part of the metal containing the plating layer in the molten state at the upper edge of the cutting groove CG is guided into the cutting groove CG to effectively cover the cutting surface CF. It will be.
本件発明では、アシストガスを窒素としたが、窒素ガス９６％以上、酸素ガス４％以下の混合ガスとしても良い。 Although the assist gas is nitrogen in the present invention, a mixed gas of 96% or more nitrogen gas and 4% or less oxygen gas may be used.
また、本件発明のめっき鋼板の切断加工におけるレーザビームの品質（ＢＰＰ）は０．３４ｍｍ・ｍｒａｄ〜２０ｍｍ・ｍｒａｄのレーザによるものである。 Further, the quality (BPP) of the laser beam in the cutting process of the plated steel sheet of the present invention is due to the laser of 0.34 mm · mrad to 20 mm · mrad.
１ レーザ加工装置
３ ワークテーブル
５ レーザ加工ヘッド
１１ レーザ発振器
２３ ノズル
３３ 圧力調整弁
３５ 制御装置
５１ 加工条件記憶部
1 Laser Processing Device 3 Work Table 5 Laser Processing Head 11 Laser Oscillator 23 Nozzle 33 Pressure Adjustment Valve 35 Control Device 51 Processing Condition Storage Unit
Claims (2)
The laser cutting method for a plated steel sheet according to claim 1, wherein the plate thickness of the plated steel sheet is 2.3 mm to 4.5 mm.
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|---|---|---|---|---|
| WO2023286265A1 (en) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 三菱電機株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
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|---|---|---|---|---|
| WO2023286265A1 (en) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 三菱電機株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
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